Bedah soal OSN - Olimpiade PSMA

Bedah soal OSN
Soal 2. NIKEL dan Mineralnya (26 poin) (OSN-2008)
Di web site PT INCO (http://www.pt-inco.co.id/) tertulis antara lain:
Endapan nikel laterit di Soroako terbentuk karena proses pelapukan dari batuan ultramafik
yang terbentang dalam suatu singkapan tunggal terbesar di dunia seluas lebih dari 120 km x
60 km. Sejumlah endapan lainnya tersebar di provinsi Sulawesi Tengah dan Tenggara.
Pabrik pengolahan PT Inco di Soroako mempunyai kapasitas produksi 72.500 ton nikel
setahun. Proses pengolahan dilakukan untuk menghasilkan nikel matte yaitu produk dengan
kadar nikel di atas 75 persen.
Tahap-tahap utama dalam proses pengolahan adalah sebagai berikut:
Pengeringan di Tanur Pengering
bertujuan untuk menurunkan kadar air bijih laterit yang dipasok dari bagian Tambang dan
memisahkan bijih yang berukuran +25 mm dan – 25 mm.
Kalsinasi dan Reduksi di Tanur Pereduksi untuk menghilangkan kandungan air di dalam
bijih, mereduksi sebagian nikel oksida menjadi nikel logam, dan sulfidasi.
Peleburan di Tanur Listrik untuk melebur kalsin hasil kalsinasi/reduksi sehingga terbentuk
fasa lelehan matte dan terak.
Pengkayaan di Tanur Pemurni untuk menaikkan kadar Ni di dalam matte dari sekitar 27
persen menjadi di atas 75 persen.
Granulasi dan Pengemasan untuk mengubah bentuk matte dari logam cair menjadi
butiran-butiran yang siap diekspor setelah dikeringkan dan dikemas.
a. Mineral laterit kandungan utamanya adalah besi, sedangkan nikel hanyalah minor
saja. Namun dengan proses pelapukan mineral laterit, akan dapat terbentuk garnierit,
suatu mineral yang kaya akan kandungan nikel. Bila Mr garnierit 691,8 dan kandungan
Ni, Mg, Si dan O berturut-turut adalah 33,94 %; 7,026%; 16,23%; 41,62%; sisanya
adalah H. Bila diketahui ada 8 H per rumus ‘molekul’ garnierit, tentukan rumus kimia
mineral garnielit.
(6 poin)
b. Jika Nikel matte dianggap terdiri atas nikel dan nikel oksida, dan kadar nikel pada nikel
matte adalah 80%, tentukan persen nikel oksida pada nikel matte tersebut.
(3 poin)
Untuk berbagai aplikasi, diperlukan nikel yang lebih murni. Walaupun, tidak dilakukan di
INCO, proses pemurnian ini dapat dilakukan dengan proses karbon monoksida (Mond).
Dalam proses ini, nikel dipanaskan dalam aliran karbon monoksida untuk membentuk
senyawa kompleks mudah menguap Ni(CO)4 pada suhu 50 C. Uap Ni(CO)4 kemudian
didekomposisikan pada suhu 200 C menghasilkan nikel murni.
c. Tuliskan reaksi pembentukan dan dekomposisi Ni(CO)4 lengkap dengan wujud
pereaksi dan hasil reaksinya.
(3 poin)
d. Tentukan bilangan koordinasi, geometri dan hibridisasi atom pusat dalam kompleks
Ni(CO)4.
(3 poin)
Kespontanan reaksi dan posisi kesetimbangan dapat ditentukan dengan menggunakan
besaran energi bebas (G), yang untuk suatu reaksi tertentu perubahan energi bebasnya
1
dinyatakan dengan persamaan: G=H-TS; dan G= -RT ln K (reaksi spontan ditandai
penurunan energi bebas). Dari data-data termodinamika Ni, CO dan Ni(CO)4 pada suhu 50 C
e. Tentukan G dan K untuk reaksi pembentukan Ni(CO)4. Dengan demikian tunjukkan
bahwa memang pada 50 C terbentuk Ni(CO)4.
(4 poin)
Ni(s)
CO(g)
Ni(CO)4(g)
Hf°(kJ/mol)
0
-110,52
-602,9
S298°(J/K/mol)
29,87
197,56
410,6
f.
Perkirakan nilai G dan K pembentukan Ni(CO)4 pada 473 K.
g. Apa efek CO pada pernafasan.
(2 poin)
(2 poin)
Gas Karbon monoksida (CO), dapat diperoleh melalui reduksi gas karbon dioksida (CO2)
dengan grafit (C) berlebih :
CO2(g) + C(s)  2CO(g)
Untuk reaksi pada 700C, nilai tetapan kesetimbangan dengan tekanan total 1,0 atm adalah
Kp = 1,0.
h. Hitunglah tekanan parsial CO dalam keadaan kesetimbangan (3 poin)
JAWAB:
Nikel
a. Ni: Mg: Si: O:H = 33,91:7,026:16,23:41,62;1,165 = 4:2:4:18:8
Rumus molekul : Ni4Mg2Si4O18H8
b. Misalkan ada 100 gram nikel matte
massa Ni = a gram, maka massa NiO= 100-a gram
massa Ni dalam NiO = (100-a)/74,7 x 58, 7
Kadar Ni 80% , sehingga total Ni dalam 100 gram = 80 gram
80 = a + (100-a)/74,7 x 58, 7
Diperoleh nilai a = 6,625 , jadi massa Ni = 6,625 gram dan NiO = 93,375
Kadar NiO= 93,375 %
c. Pembentukan Ni(s) + CO(g) Ni(CO)4 (g)
Dekomposisi
Ni(CO)4 (g)  Ni(s) + CO(g)
d. Bilangan koordinasi = 4
Geometri : tetrahedral
Hibridisasi : sp3
e. Perubahan entalpi H = -602,9-4(-110,52) = -160,82 kj/mol
Perubahan entropy S = 410,6-29,87 – 4(197,56) = - 409,51J/K
Perubahan energi bebas Gibbs = H –323S/1000 = -28,546 kJ
-RT lnK = G0 diperoleh K = 4,135 X 10 4
Karena perubahan energi gibbs negatif maka reaksi pembentukan komplek spontan.
f.
Karena Ni(CO)4 didekomposisi pada 473K maka G pembentukan kompleks > dan K
<1
Secara matematis
2
G = G0 + RT ln K = -28546 + ( 8,314 x 473 ) ln 4,135 X 10 4 = 13, 25 kJ
K = exp (-G/RT) = 3, 43 x 10-2
g. CO akan berikatan lebih kuat dengan Hb sehingga mengganggu kemampuan Hb
dalam mengikat Oksigen
h. CO2(g) +
C(s)

1-
(1-)/(1+)
((1-)/(1+))x1atm
2CO(g)
2
2/(1+)
jumlah zat dalam kesetimbangan
perbandingan dalam kesetimbangan
(2/(1+))x1atm
tekanan parsial
Kp = p2(CO)/p(CO2) = 42/(1-2)   = (Kp/(Kp + 4))1/2,  = 0,45
p(CO) = (2x0,45/1,45)x1 = 0,62 atm
atau misalkan dalam ketimbangan :
x = tekanan parsial CO
y = tekanan parsial CO2
maka Kp= x2/y  1= x2/y sehingga diperoleh y= x2
tekanan total  1 = x + y, dengan substitusi y= x2 diperoleh 1= x + x2
atau persamaan kuadrat : x2 + x -1 =0 dengan solusi (rumus ABC) x= 0,618
Jadi tekanan parsial CO =0,618 atm
Soal 8. Kimia Organik (Nilai total: 25)
Makassar sebagai Ibu Kota Propinsi Sulawesi Selatan terkenal dengan “Pantai Losarinya”
serta berbagai potensi pariwisata, perikanan, pertanian dan perkebunan.
Produksi perikanan di Makassar mengalami peningkatan sekitar 4,43 % pertahun yang
diperoleh dari penangkapan di laut, dan perairan umum, budidaya tambak, kolam dan mina
padi. Sedangkan perdagangan hasil perikanan ke luar negeri adalah udang beku, teripang,
rumput laut dan telur-telur ikan terbang. Apabila potensi perikanan ini dikembangkan lebih
lanjut, maka nilai tambah terhadap perekonomian Makassar akan lebih meningkat. Salah
satu cara untuk meningkatkan nilai tambah perekonomian dari produksi perikatan atau
kelautan adalah dengan memanfaatkan senyawa yang terkandung dalam berbagai macam
organisme laut. Serangkaian soal berikut berkaitan dengan senyawa-senyawa potensial yang
terkandung dalam organisme perairan laut.
1. Suatu senyawa dengan rumus molekul C19H38 telah berhasil diisolasi dari minyak ikan dan
plankton. Reaksi hidrogenasi terhadap senyawa ini menghasilkan senyawa 2,6,10,14tetrametilpentadekana. Reaksi ozonolisis C19H38 menghasilkan (CH3)2C=O dan suatu
aldehid berantai karbon-16.
a. Tuliskan reaksi hidrogenasi C19H38 menjadi 2,6,10,14-tetrametilpentadekana dengan
menggambarkan strukturnya!
2)
b. Tuliskan reaksi ozonolisis C19H38 menghasilkan (CH3)2C=O dan suatu aldehid beratom
karbon-16 dengan menggambarkan strukturnya! (2)
c. Berdasarkan kedua reaksi di atas, gambarkan struktur senyawa C19H38 dan berikan
nama IUPAC-nya!
(2)
d. Tuliskan dua reaksi yang dapat membedakan senyawa-senyawa produk ozonolisis
C19H38 pada soal (b)!
(4)
3
2. Senyawa Ectocarpene (A) adalah suatu senyawa yang mudah menguap, yang
merupakan suatu senyawa penarik sel sperma yang dilepaskan oleh telur-telur rumput
laut Ectocarpus siliculosus. Sedangkan senyawa Multifidene (B) adalah senyawa penarik
sel sperma yang dilepaskan oleh alga coklat (Cutleria multifida). Struktur kedua senyawa
dapat dilihat di bawah ini.
H
*
*
*
C
H
H
B
A
a. Tentukan konfigurasi absolut pusat-pusat stereogenik (diberi tanda *) pada
senyawa A dan B.
(3)
b. Tentukan konfigurasi ikatan rangkap gugus samping butenil pada senyawa B.
(1)
c. Senyawa A diubah menjadi senyawa C dengan cara reaksi hidrogenasi selektif
pada ikatan rangkap dalam cincin lingkar tujuh pada struktur senyawa A dan
hanya menyisakan satu ikatan rangkap pada gugus sampingnya, yaitu gugus
butenil. Jika gugus samping butenil pada senyawa C direaksikan dengan
H2SO4/H2O, gambarkan struktur senyawa C dan produk yang terbentuk, serta
jelaskan apakah regiokimianya mengikuti Markovnikov atau anti Markovnikov!
(4)
d. Senyawa B diubah menjadi senyawa D dengan reaksi hidrogenasi selektif iaktan
rangkap dalam cincin lingkar lima dan gugus samping butenilnya yang menyisakan
hanya satu ikatan rangkap yang tidak terhidrogenasi. Jika gugus samping etenil
(atau vinil) pada senyawa D direaksikan dengan HBr/peroksida, gambarkan
struktur senyawa D dan produk yang terbentuk dan jelaskan apakah regiokimianya
mengikuti Markovnikov atau anti Markovnikov!
(4)
e. Tuliskan reaksi yang dapat mengidentifikasi keberadaan senyawa B dalam
suatu campuran!
(1)
f. Gambarkan struktur produk senyawa yang terbentuk ketika senyawa A
direaksikan dengan KMnO4 dalam larutan asam!
(2)
Jawab :
1. Untuk senyawa C19H38
a.
H2, Pd/C
2,6,10,14-tetrametilpentadekana
C19H38
b.
1) O3
2) Zn, H+
C19H38
O
+ O
H
c.
2,6,10,14-tetrametilpentadek-2-ena (C19H38)
d.
4
1. Reaksi pembentukan iodoform:
I
O
I2, OH(berlebih)
O
+
OHNa
CH
I
I
(iodoform)
warna coklat
I2, OH(berlebih)
O
tidak terbentuk iodoform
H
2. Reaksi oksidasi dengan reagen Tollens: (bisa juga dengan reagen Benedict/Fehling)
2Ag(NH3)2OH
O
tidak bereaksi
2Ag(NH3)2OH
O
O
O
NH4
H
H
*S
H
A
a.
H2O + NH3
* R
* R
C
H
+ 2Ag +
B
Z
*
*
b.
c.
B
5
H
H2SO4/H2O
*
HO
*
CH
C
H
H
H
H
Produk
C
Regiokimia: Markovnikov, melalui intermediet karbokation yang paling stabil dan terjadi
pergeseran hidrida-1,2:
H
H
*
*
H
C
O
C
H
H
H
H
O
S
OH
H
Karbokation 2o
C
O
Pergeseran
hidrida-1,2
asam sulfat
HO
*
CH
O
CH
H
H
Produk
H
H
H
Karbokation3o, lebih stabil
O
dan
HO
H
O
*
S
OH
O
CH
H
H
Produk
6
d.
HBr/Peroksida
*
*
*
*
Br
D
H
Produk
Regiokimia: Anti Markovnikov, karena pada reaksi ini terbentuk intermediet
radikal yang paling stabil pada posisi C2 gugus etenil (vinil):
*
H2
C
*
Br
intermediet radikal
e.
Br
Br
Br2
+ (coklat)
*
*
*
Br
Br
Br
*
B
Br
campuran reaksi menjadi tak berwarna
kembali (warna coklat Br2 memudar)
(tak berwarna)
f.
HO
HO
H
*S
KMnO4/OH
OH
H
C
CH
H
OH
H
HO
A
OH
OSN-06
Soal 3 (12 poin):
ASAM SULFAT
Pada label botol asam sulfat pekat tertera data: Konsentrasi 95-98%, 1 L = 1,84 Kg. Mr=98.
7
Untuk mendapatkan konsentrasi yang tepat, seorang siswa mengambil 5,00 mL larutan pekat
ini dan kemudian diencerkan dengan air sampai tepat 500,00 mL. Setelah itu, dia mengambil
2 sampel asam sulfat yang telah diencerkan ini, masing-masing sebanyak 10,00 mL dan
dititrasi dengan larutan Natrium hidroksida dengan konsentrasi b M. Diperoleh data
pemakaian larutan Natrium hidroksida terdekat sbb:
Sampel
Volume Natrium hidroksida (mL)
1
a1
2
a2
a. Tuliskan persamaan reaksi setara antara larutan asam sulfat dengan natrium
hidroksida.
(1 poin)
b. Berapa konsentrasi asam sulfat yang telah diencerkan tersebut? Nyatakan jawaban
anda dalam a1, a2 dan b dalam satuan M.
(3
poin)
c. Hitung persen massa asam sulfat pekat yang dinyatakan dalam a1, a2 dan b.
(2
poin)
d. Hitung fraksi mol asam sulfat pekat jika b(a1+a2)= 7,1702.
(2
poin)
Kemudian, larutan asam sulfat tersebut diencerkan terus dilakukan sampai diperoleh larutan
dengan konsentrasi 1,0 x10-7 M. Bila diketahui tetapan ionisasi kedua asam sulfat K2 = 1,2x102
, maka:
e. Tuliskan perbandingan konsentrasi spesi spesi kimia yang setara dengan K2.
poin)
f. Tuliskan persamaan konsentrasi spesi spesi kimia selain [H+] dan [OH-] yang
jumlahnya setara dengan 1,0 x10-7M
(2 poin)
g. Hitung pH larutan asam sulfat encer tersebut.
poin)
(1
(1
Jawaban Soal 3 (12 poin): ASAM SULFAT

2 Na+ + SO42-
a.
2NaOH + H2SO4
+ 2 H2O
(1 poin)
b.
NaOH rata2 = [(a1 +a2)/2]mL; konsentrasi NaOH = b M ; NaOH = b(a1+a2)/2 mmol.
Jadi 10 mL asam sulfat =[0.5* b(a1+a2)/2] mmol,
Konsentrasi asam sulfat yang telah diencerkan = 0.5 b(a1+a2)/2/10=.
[b(a1+a2)/40] M
poin)
c.
(3
Konsentrasi asam sulfat pekat = 100 b(a1+a2)/40 M= 2,5 b(a1+a2) M,
massa asam sulfat dalam 1 L = 98*2,5* b(a1+a2) gram =245 b(a1+a2) gram,
Jadi persen massa asam sulfat = 100%* 245 b(a1+a2)/1840=13,31 b(a1+a2)% (2 poin)
d.
air = [1840-245 b(a1+a2)] gram = [1840-245 b(a1+a2)]/18 mol = 4,6273
asam sulfat =2,5 b(a1+a2) mol = 17,9256
e.
fraksi mol asam sulfat =17,9256/22,5529= 0,795
( 2 poin)
K2 = [H+][SO42-]/[HSO4-]
(1 poin)
8
f.
[H2SO4]+[HSO4-]+[SO42-] = 1,0 x10-7
(2 poin)
g
pH = -log [H+] = -log 2,4 x10-7 ~ 6,7
(1 poin)
Soal 6 (11 poin):
Kinetika Reaksi
Reaksi penguraian dimetil eter mengikuti persamaan berikut :
(CH3)2O(g)  CH4(g) + H2(g) + CO(g)
Pada temperatur 450 oC nilai tetapan laju reaksi (k) orde pertama sebesar 3,2104 s1.
Reaksi ini dilakukan dalam wadah tertutup dengan volume tetap. Asumsikan semua gas yang
terlibat adalah gas ideal.
a.
Tentukanlah persamaan laju berkurangnya dimetil eter berdasarkan hukum laju
terintegrasi.
(1 poin)
Pada saat awal reaksi hanya terdapat dimetil eter yang tekanannya 0,35 atm. Setelah reaksi
berlangsung selama 8 menit,
b.
c.
Hitung tekanan parsial dimetil eter setelah 8 menit.
Hitunglah tekanan di dalam wadah tersebut setelah 8 menit.
(3 poin)
(2 poin)
Bila waktu paruh (t1/2) reaksi orde pertama tersebut pada temperatur 500 0C adalah 25 menit,
d.
e.
Tentukanlah nilai tetapan laju reaksi, k, pada temperatur 500 oC.
Tentukanlah energi aktifasi, Ea, reaksi tersebut
Jawaban Soal 6
a.
laju  r  
atau 
b.

(11 poin):
(2 poin)
(3 poin)
KINETIKA REAKSI
d[(CH 3 ) 2 O]
 k[(CH 3 ) 2 O]
dt
(1 poin)
dP
 kP
dt
dP
 kP
dt
dan

dP
 k dt
P
(1 poin)
integrasi dari tekanan awal Po pada saat t=0 ke tekanan P pada saat t, diperoleh:
ln
P
  kt
Po
atau
ln P  ln Po  kt
ln P  ln 0,35  3,2  10 4 s 1  8  60s  0,1536
(1 poin)
ln P  0,1536  ln 0,35  0,1536  1,0498  1,2034
P= e-1,2034,
P= 0,30 atm
Tekanan dimetil eter, (CH3)2O, setelah 8 menit = 0,30 atm
(2 poin)
c. Tekanan total setelah 8 menit:
Ptotal= P(CH3)2O + PCH4+ PH2+ PCO
=0,30 + 3(0,35-0,30)= 0,45 atm
(2 poin)
9
d. Reaksi order 1 : t1/2 = t1 / 2 
e.
ln
ln
ln 2
0,693

 4,6  10  4 s 1
k
25  60 s
(2 poin)
k1 Ea 1 1

(  )
k2
R T2 T1
Ea
3,2  10 4
1
1

(

)
4
8,3145 500 450
4,6  10
ln 0,6956 
Ea
1
1
(

)
8,3145 500 450
 0,3629 
Ea
(2,22  10 4 )
8,3145
E a  1,359  10 4 J / mol  13,59 kJ / mol  13,6 kJ / mol
Soal 10. (18 poin)
(3 poin)
Sifat dan reaksi senyawa Organik
a). Terangkan mana yang lebih besar sifat basanya.
NH2
( 4 poin)
NH2
atau
b). Bagaimana caranya membedakan :
(1). 1-propilamin dengan etil metil amina.
(3 poin)
(2). 1-propanol dengan etanol
(3 poin)
c). Tuliskan produk (A, B dan C)
Masing masing langkah reaksi
i.
Br2
AlBr3
ii.
Mg
A
(C2H5)2O
B
(2poin)
1). CO2 dalam
(C2H5)2O
2). H3O+
C
Jelaskan perbedaan reaksi SN1 dan SN2, berikan contoh masing masing. (6 poin)
10
Soal 10 . Jawaban
(a)
NH2
NH2
lebih basa daripada
Karena gugus sikloheksil mendorong elektron sehingga pasangan elektron pada NH2
bebas lebih mudah diserang, sedangkan gugus fenil sifatnya menarik elektron, sehingga
pasangan elektron pada NH2 lebih dekat ke atom N, sehingga tidak mudah diserang
(5)
b). Reaksi SN1: adalah reaksi substitusi nuklefilik order 1, yang hanya tergantung dari
substrat (senyawa yang direaksikan) dan reaksinya melalui intermediet ion karbonium.
Produk yang dihasilkan merupakan campuran rasemat
(2 poin)
Reaksi SN2 adalah reaksi substitusi nukleofilik orde 2, yang tergantung oleh substrat
dan pereaksinya. Reaksinya melalui ”Transition State” (keadaan transisi), sedangkan
produk yang dihasilkan adalah invers (kebalikan).
(2 poin)
c)
O
Br
Br2
Mg
AlBr3
(C2H5)2O
MgBr
1). CO2 dalam
(C2H5)2O
C
Cl
2). H3O+
11
Soal 11. (10 poin)
Identifikasi senyawa organik
Suatu senyawa organik mempunyai rumus molekul C5H8O2 (A). Untuk menentukan struktur
A, dfilakukan reaksi sbb:
a. Bila A direduksi akan menghasilkan n-pentana
(2 poin)
b. dan bila direaksikan dengan NH2OH.membentuk oksim.
(3 poin)
c. A memberikan reaksi positif terhadap reaksi Tollen’s
(3poin)
d. dan A juga dapat membentuk iodoform.
(3poin)
Tulis semua reaksi yang dipakai untuk menentukan rumus bangun A.
(4 poin)
JAWABAN Soal 11
C5H8O2
LiALH4
n-pentana
(1)
Adanya pembentukan oksim menunjukkan adanya gugus karbonil (3), bereaksi dengan
pereaksi Tollen's menunjukkan adanya gugus -CHO (3). Positip terhadap Iodoform menunjukkan adanya CH3-C=O (3). Maka rumus bangun senyawa A adalah:
O
H3C
H2
C
C
O
H2
C
C
5
H
Total poin= 15
Reaksi yang berlangsung pada Senyawa (A) C5H8O2 adalah:
Reduksi
Wolf Kishmer
CH3CH2CH2CH2CH3
O
C
n-pentana
NH2OH
O
C
N OH
C
Oksim
C
H
O
Tollen's
O
Ag2O, NH4OH,H2O
etanol
C
OH
Karboksilat
H3C
Uji Iodoform
C
O
CHI3
Endapan kuning
Iodoform
12